JP2000035549A - 光学的走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 それぞれの構成部材を極小化するのみなら
ず、各構成部材の組合せ構造も含めて総合的な小型化を
図った光学的走査装置を提供する。 【解決手段】 フレーム(55A)と、弾性を有する棒状の
支持梁(56B)を介して外周部がフレーム(55A)内周部に支
持された揺動体(55B)と、その別の外周部に電磁気、静
電気または圧電効果による各力を波状的に作用させる偏
向駆動手段(5)とを備え、フレーム(55A)、支持梁(56
B)、揺動体(55B)が一体形成され、発光素子や受光素子
を揺動体(55B)に備えた。好ましくは、プリント配線さ
れた揺動体駆動コイル(57B)の作用部に永久磁界を形成
し、２本の支持梁(56B)をフレーム(55A)内周部から内方
に突き出して揺動体(55B)の対向する２点を支持し、そ
の支軸と揺動体駆動コイル(57B)の作用部を並行させ、
これら作用部および支軸と永久磁界の磁束の向きを直交
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光センサやレーザ
応用機器等のスキャナとして用いられる極めて小型で高
感度の光学的走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、極めて小型の光学的走査装置
が、微小な電流を検出する検流計等に用いられ、その一
例のガルバノミラーは、回転復元力を有する軽量な回動
コイルに反射鏡や指針を備えている。このガルバノミラ
ーを永久磁界中に配置して回動コイルに電流を流すと、
その電磁界に作用するローレンツ力によって、電流に比
例した回転力（トルク）が回動コイルに生じる。そし
て、このトルクによって、回動コイルが復元力と平衡す
るまで回動するので、反射鏡等も一定角度に傾いて止ま
り、その反射光や指示値を変化させる。このようなガル
バノミラーでは、微小電流を高感度で検出するため、回
動コイルや反射鏡を、できる限り軽量化することが求め
られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来例の光学的走査装置によって、光センサ装置やレーザ
応用機器を構成しようとすると、次の様な問題点があっ
た。すなわち、前述した回動コイルを形成するため、専
用の巻線機によって、コイル用の電線を繰り返し巻回さ
せる必要があり、回動コイルの小型化には自ずと限界が
ある。そこで、回動コイル以外に、反射鏡や、復元力の
ためのスプリング部材、永久磁界用のマグネット、ま
た、これら部材の組み合わせ構造等を極力小型化、薄型
化しようとする。ところが、別体の反射鏡を接着剤で回
動コイルに固定し、それにスプリングを組み付けてマグ
ネットやヨークで周囲を囲むと、やはり全体がかさばっ
てしまい、装置の組み立て寸法を縮小することにも限界
があった。

【０００４】また、装置をレーザ光等の発光受光手段と
組み合わせなければならないが、発光受光手段を反射鏡
に対向配置して偏向走査すると、反射鏡から発光受光手
段の方向に反射光を偏向させてもその光軸が遮られてし
まう。このため、反射鏡によるレーザ光の偏向角に一部
死角が生じてしまい、また、この死角を避けるために反
射鏡の固定位置や素子の設置角度等が制約されるという
問題点もあって、これらの問題点の除去が重要な課題で
あった。

【０００５】この発明は上記課題を解決するためになさ
れ、その目的は、それぞれの構成部材を極小化するのみ
ならず、各構成部材の組合せ構造も含めて総合的な小型
化を図ると共に、偏向範囲内に死角のない光学的走査装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の光学的走査装置は、枠状をなすフレーム
と、弾性を有する棒状の支持梁と、この支持梁を介して
外周部が前記フレームの内周部に支持された揺動体と、
この揺動体の別の外周部に電磁気、静電気または圧電効
果による各力を波状的に作用させる揺動体駆動手段とを
備え、前記フレームと支持梁と揺動体とが一体形成され
た光学的走査装置であって、揺動体には、発光素子、受
光素子、または発光素子および受光素子を備えたことを
特徴とする。

【０００７】このため、揺動体駆動手段によって、揺動
体の別の外周部に電磁気力等を作用させると、この電磁
気力によって、支持梁を支点とした揺動体の外周部に回
転モーメントが生じて支持梁が撓むと共に、支持梁によ
って、その撓み方向に抗した弾性力が生じ、この弾性力
が電磁気力等と釣り合うまで揺動体を回動させ、この揺
動体の回動によって、発光素子による光の照射方向や、
受光素子による受光方向を連続的に変化させる。また、
フレーム、支持梁、揺動体の一体形成によって、光学的
走査装置を均質で簡単な構造にできる。

【０００８】本発明の請求項２記載の光学的走査装置
は、揺動体駆動手段が、揺動体の外周部にプリント配線
された揺動体駆動コイルと、この揺動体駆動コイルの作
用部に形成された永久磁界とからなるものであって、フ
レームの内周部からは、２本の支持梁が内方に向けて突
き出し、これらの支持梁を介して揺動体の対向する２点
が支持され、揺動体駆動コイルが、その作用部を２本の
支持梁による揺動体の支軸と並行させるように配置さ
れ、永久磁界が、その磁束の向きを、揺動体駆動コイル
の作用部および揺動体の支軸と直交させるように配置さ
れたことを特徴とする。

【０００９】これによると、２本の支持梁によって、フ
レームに対する揺動体の支軸を形成し、揺動体駆動コイ
ルによって、その作用部に電流を流すと、永久磁界との
相互作用によりフレミング左手法則に従う向きに磁気力
が生じ、揺動体の支軸を軸心として揺動体を一定角度ま
で揺動させる。このため、静止状態の揺動体による光の
照射方向または受光方向を挟んで、前後に一定角度だけ
照射方向等を変化させる。

【００１０】本発明の請求項３記載の光学的走査装置
は、前記フレームは内側フレームであって、この内側フ
レームを囲んで枠状の別の外側フレームが外方に設けら
れ、２本の前記支持梁は内側支持梁であって、これと同
様の弾性を有する２本の別の外側支持梁が外側フレーム
の内周部から内方に向けて突き出し、内側フレームの外
周部に内側フレーム駆動コイルがプリント配線され、前
記永久磁界は内側永久磁界であって、内側フレーム駆動
コイルの作用部に外側永久磁界が形成されて、これら２
本の外側支持梁を介して内側フレームの外周部の対向す
る２点が外側フレームの内周部に支持され、外側および
内側フレームと、外側および内側支持梁と、揺動体とが
一体形成されており、外側支持梁が、これら２本の外側
支持梁による内側フレームの支軸を揺動体の支軸と直交
させるように配置され、内側フレーム駆動コイルが、そ
の作用部を内側フレームの支軸と並行させるように配置
され、外側永久磁界が、その磁束の向きを、内側フレー
ム駆動コイルの作用部および内側フレームの支軸と直交
させるように配置されたことを特徴とする。

【００１１】これによると、２本の外側支持梁によっ
て、揺動体の支軸と直交する向きに、外側フレームに対
する内側フレームの支軸を併せて形成し、内側フレーム
駆動コイルによって、その作用部に電流を流すと、揺動
体駆動コイルと同様に磁気力が生じ、内側フレームの支
軸を軸心として内側フレームを一定角度まで揺動させ
る。このため、揺動体の揺動方向と併せて、静止状態の
内側フレームによる光の照射方向等を挟んで、前後に一
定角度だけ照射方向等を変化させられる。

【００１２】本発明の請求項４記載の光学的走査装置
は、フレーム、外側フレーム、支持梁、外側支持梁、お
よび揺動体が半導体基板であり、発光手段、受光手段が
半導体素子であることを特徴とする。

【００１３】これによると、半導体製造プロセスによっ
て一体成形でき、小さな駆動電流で照射方向等を素早く
正確に偏向走査できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。図１は、本発明の一実施形態に
よる光学的走査装置の構成図である。図１に示すよう
に、この実施形態では、所定の走査信号による光の偏向
走査装置２と、半導体素子からなる光の発光手段（また
は受光手段）３と、この偏向走査装置２上に設けた偏向
駆動手段４とからなる光学的走査装置１００を構成して
いる。

【００１５】これらの偏向走査装置２および偏向駆動手
段４については、本出願人による特開平７−２１８８５
７号公報に、変位検出機能を備えたプレーナー型ガルバ
ノミラーの本体部として関連技術が開示されている。す
なわち、シリコン半導体基板５の両面を、ホウケイ酸ガ
ラス等からなる上側ガラス基板５３と下側ガラス基板５
５とで挟み、各基板５２〜５５をサンドイッチ状に重ね
合わせて接合し、全体を３層構造としたものである。こ
の他にも、本出願人によって特開平７−１７５００５号
公報にプレーナー型ガルバノミラーのみのものが開示さ
れている。

【００１６】シリコン半導体基板５には、異方性エッチ
ングによって、ほぼ枠状の溝を２重に削設し、枠体から
なる外側フレーム５５Ｂと、その内方の内側フレーム
（フレーム）５５Ａと、更に、その内方の平板状の揺動
体５５Ｂとを同一素材で一体に形成する。このため、下
側および上側ガラス基板５３，５５の両凹部５３Ａ，５
５Ａ内には、密閉空間が形成される。

【００１７】前記外側フレーム５２の内周部には、その
対向する２点に２本の棒状の外側支持梁５６Ａ，５６Ａ
を内方に突出するように形成し、これら２本の外側支持
梁５６Ａ，５６Ａを介して内側フレーム５５Ａの外周部
の２点を軸支する。更に、この内側フレーム５５Ａの内
周部には、その対向する２点に２本の棒状の内側支持梁
５６Ｂ，５６Ｂを内方に突出するように形成し、これら
２本の外側支持梁（支持梁）５６Ｂ，５６Ｂを介して揺
動体５５Ｂの外周部の２点を軸支する。

【００１８】そして、２本の外側支持梁５６Ａによる内
側フレーム５５Ａの支軸を、２本の内側支持梁５６Ｂに
よる支軸と互いの軸方向が直交するように配置するた
め、内側フレーム５５Ａおよび揺動体５５Ｂが、前記密
閉空間内で外側支持梁５６Ａまたは内側支持梁５６Ｂを
支軸として各別に揺動できる。また、密閉空間内を真空
にすれば、内側フレーム５５Ａおよび揺動体５５Ｂの回
動抵抗を低減して回動駆動に対する追従性を向上でき
る。

【００１９】図２は、図１に示すシリコン半導体基板の
平面図である。図２に併せて示すように、内側フレーム
５５Ａの一方の面には、その周縁部に近接させて内側フ
レーム５５Ａを周回させ、電解メッキによる電鋳コイル
法で内側フレーム駆動コイル５７Ａを形成し、その表面
を絶縁層で被覆する。そして、この平面コイル５７Ａの
両配線端部を、一方の外側支持梁５６Ａを介して外側フ
レーム５２の同じ側の面上に引き出して、この面状に一
対の外側電極端子５９Ａ，５９Ａを形成する。

【００２０】揺動体５５Ｂの同じ側の面にも、同様に揺
動体駆動コイル５７Ｂを形成被覆し、その両端部を一方
の内側支持梁５６Ｂ、内側フレーム５５Ａ、および他方
の外側支持梁５６Ａを介して外側フレーム５２上に引き
出し、この面上に一対の内側電極端子５９Ｂ，５９Ｂを
形成する。

【００２１】前記揺動体駆動コイル５７Ｂに囲まれた内
方には、揺動体５５Ｂ上に公知のレーザダイオードや、
一定の指向性を備えた発光ダイオード等の発光手段３を
半導体製造プロセスによって一体形成し、または、その
半導体チップをボンディング技術によって取り付ける。
そして、この発光手段３の両配線５７Ｃ，５７Ｄ端部を
他方の内側支持梁５６Ｂ、内側フレーム５５Ａ、および
一方の外側支持梁５６Ａを介して外側フレーム５２上に
引き出し、この面上に一対の素子用電極端子５９ｃ，５
９ｃを形成する。これによって、発光手段３の組合せ構
造を小型化できる。

【００２２】図３は、図１に示す発光手段としてレーザ
ダイオードを用いた一例の発光手段の組立図で、（Ａ）
に組立前の状態を示し、（Ｂ）に組立後の状態を示す。
図３に示すように、レーザダイオード３Ａの半導体素子
（ベアチップ）を、その発光部３１を図面の上方に向け
て、前述した２本の内側支持梁５６Ｂ，５６Ｂによる揺
動体５５Ｂの支軸に沿って中央部に配置し、レーザ光の
光軸を、前述した２本の外側支持梁５６Ａ，５６Ａによ
る内側フレーム５５Ａの支軸および揺動体５５Ｂの支軸
と平行させて固定するのが望ましい。これによって、照
射光Ｌの偏向角Ａおよび照射方向を直接に揺動体５５Ｂ
の回動に従って制御できる。

【００２３】レーザダイオード３Ａの発光部３１は、多
重に積載された各成長層の断面に形成されるので、発光
部３１がある面を素子の上面とすると、通常は、各成長
層が図面の縦方向に並ぶことになる。このため、例え
ば、その一側面に２ヵ所の素子接続部３２，３２を設け
て素子上のプリント配線を容易にし、それぞれの素子接
続部３２，３２の一端部には、図示しないスルーホール
を介し、ダイオードのアノードおよびカソードの内部配
線を引き出して配線する。

【００２４】このような素子接続部３２，３２は、その
配線を揺動体５５Ｂのプリント配線に対し、垂直に離隔
した位置から行なうため、レーザダイオード３Ａの素子
底面に接着剤等を介して揺動体５５Ｂ上にダイボンドし
ようとすると、各素子接続部３２，３２と揺動体５５Ｂ
のプリント配線との確実な導通を損うおそれがある。ま
た、ワイヤーボンドによっては工具の位置決めが困難に
なる。

【００２５】そこで、レーザダイオード３Ａの取り付け
構造の一例について述べる。素子接続部３２，３２の他
端部を素子底面に向けて縦長にプリント配線すると共
に、図３（Ａ）に示す揺動体５５Ｂ上の中央部には、レ
ーザダイオード３Ａの素子底面に嵌合する形状の凹部３
３を削設し、この凹部３３周囲に近接させて揺動体接続
部３４，３４の一端部をプリント配線する。それぞれの
揺動体接続部３４，３４の他端部には、スルーホールを
介して裏面の配線５７Ｃ，５７Ｄを導通させ、この裏面
配線５７Ｃ，５７Ｄを、前述した素子用電極端子５９
ｃ，５９ｃに向けてプリント配線する。

【００２６】このように形成した揺動体５５Ｂの凹部３
３内に、図３（Ｂ）に示すように、レーザダイオード３
Ａの素子底面を差し込んで固着し、各素子接続部３３，
３３と揺動体接続部３４，３４の端部どうしを、半田付
け部３５によって導通させる。または、専用の溶着工具
を斜め方向から溶着部３５まで差し込んで超音波溶着さ
せ、この溶着部３５によって導通させてもよい。これに
よって、レーザダイオード３Ａを揺動体５５Ｂ上に位置
ずれしないように固定すると共に、その素子接続部３
２，３２を確実に揺動体接続部３４，３４と導通させ
る。この他にも、前記凹部３３の代りに裏面に向けて貫
通孔を開け、レーザダイオード３Ａの素子底面をわずか
に裏面から突き出させて両接続部３２，３４を半田付け
等してもよい。

【００２７】前記発光手段３としては、正確さ、一定の
照射距離や照射強度を要する光センサ等の用途には主に
レーザダイオード３Ａを用い、均一な周波数特性と高い
指向性のレーザ光を照射させる。また、高い応答速度を
要するが照射距離は比較的に短い光伝送等の用途には、
発光ダイオートを用いることにより安価で量産性の高い
伝送機器を実現できる。この他にも、組み合わせレンズ
等からなる光学系を発光ダイオードの発光面に併設し、
一定の確実な指向性をもたせてもよい。

【００２８】図５は、図２に示す矢視線Ｐ−Ｐ方向から
見た断面図であり、図５は、図２に示す矢視線Ｑ−Ｑ方
向から見た断面図である。図５に併せて示すように、上
側ガラス基板５３および下側ガラス基板５５には、例え
ば超音波加工によって、それぞれ中央部に凹部５３Ａ，
５５Ａを設ける。そして、これら両凹部５３Ａ，５５Ａ
を半導体基板５を間に挟んで対向させ、各基板５２〜５
５を重ね合わせる。

【００２９】上側および下側ガラス基板５３，５５に
は、それぞれ２個づつ対となった円板状の永久磁石６０
Ａ〜６３Ａ，６０Ｂ〜６３Ｂを図３に示すように配置す
る。このため、上側ガラス基板５３の対向する２対の永
久磁石６０Ａ，６１Ａまたは６２Ａ，６３Ａと、下側ガ
ラス基板５５の対向する２対石６０Ａ，６１Ａまたは６
２Ａ，６３Ａと、下側ガラス基板５５の対向する２対の
永久磁石６０Ｂ，６１Ｂまたは６２Ｂ，６３Ｂとによっ
て磁界が形成される。

【００３０】このとき、図面の左右方向に対向する上側
ガラス基板５３の２対の永久磁石６０Ａ，６１Ａもしく
は６２Ａ，６３Ａどうし、また、下側ガラス基板５４の
２対の永久磁石６０Ｂ，６１Ｂもしくは６２Ｂ，６３Ｂ
どうしは、その極性を反対にして、例えば、永久磁石６
０Ａまたは６２ＡのＮ極と、永久磁石６１Ａまたは６３
ＡのＳ極とを外側フレーム５２に向けて配置する。

【００３１】また、図面の上下方向に対向する２対の永
久磁石６０Ａ，６０Ｂもしくは６１Ａ，６１Ｂどうし、
また、２対の永久磁石６２Ａ，６２Ｂもしくは６３Ａ，
６３Ｂどうしは、その極性を揃えて、例えば、永久磁石
６０Ａ，６１Ｂまたは６２Ａ，６３ＢのＮ極と、永久磁
石６０Ｂ，６１ＡのＳ極とを外側フレーム５２を挟んで
対向させ、しかも、両磁石の位置を図３、４に示す図面
の左右方向にずらして配置する。

【００３２】このような配置によって、それぞれの磁束
を内側フレーム５５Ａおよび揺動体５５Ｂの各駆動コイ
ル５７Ａまたは５７Ｂの両側端部で平行にさせて、各コ
イルを横切るように形成させることができる。しかも、
内側フレーム５５Ａおよび揺動体５５Ｂの両側端部で反
対方向を向かせるため、内側フレーム駆動コイル５７Ａ
または揺動体駆動コイル５７Ｂに流す回動電流Ｓ１との
ローレンツ力によって回転モーメントが生じ、２本の外
側支持梁５６Ａを軸心として内側フレーム５５Ａを、ま
た、２本の内側支持梁５６Ｂを軸心として揺動体５５Ｂ
を回動させる。

【００３３】続いて、この実施形態の光学的走査装置に
おける作用について述べる。先ず、前述した外側および
内側電極端子５９Ａ，５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｂを介し
て、図示しない投光装置の偏向制御手段により、照射光
の所望の走査信号に従った回動電流Ｓ１，Ｓ２を、内側
フレームまたは揺動体駆動コイル５７Ａ，５７Ｂに供給
する。

【００３４】この走査信号としては、予定した照射光を
得るための振幅最大値とオフセット値とを予め設定して
おき、この振幅最大値を内部発振によって発生させて基
本波に乗算し、更に前記オフセット値を加算して所定の
振幅、オフセット、周波数および位相を有する任意の波
形を用いることができる。前記回動電流Ｓ１，Ｓ２をそ
れぞれの駆動コイル５７Ａ，５７Ｂに供給すると、これ
ら振幅最大値とオフセット値とによって、揺動体５５Ｂ
および内側フレーム５５Ａの回動角Ａと照射方向を決定
できる。

【００３５】内側フレームまたは揺動体駆動コイル５７
Ａ，５７Ｂには、回動電流Ｓ１，Ｓ２による電磁界が生
じると共に、予め２対の永久磁石６０Ａ，６０Ｂおよび
６１Ａ，６１Ｂまたは６２Ａ，６２Ｂおよび６３Ａ，６
３Ｂによって、前述した永久磁界を形成するため、フレ
ミング左手の法則に従って磁気力Ｆが発生する。この場
合に、それぞれの永久磁界には、内側フレーム５５ａま
たは揺動体５５Ｂの各支軸を含む面方向に沿って各駆動
コイル５７Ａ，５７Ｂの作用部と直交する方向の磁束成
分を有する。このため、この磁気力Ｆによるローレンツ
力に従って、内側フレーム５５Ａには、その支軸を軸心
として回転モーメントＭyが生じ、また、揺動体５５Ｂ
には、同じく回転モーメントＭxが生じる。

【００３６】そして、内側フレーム５５Ａおよび揺動体
５５Ｂを、これらの回転モーメントＭy，Ｍxが外側また
は内側支持梁５６Ａ，５６Ｂの捩れによって生じるバネ
反力と釣り合う回動角Ａに達するまで回動させる。この
ため、互いに直交する２本の支軸Ｘ，Ｙを軸心として揺
動体５５Ｂを任意の回動角Ａx，Ａyまで傾けることがで
き、従って、それぞれの回動角Ａx，Ａyに一致させて、
揺動体５５Ｂ上のレーザダイオード３Ａからレーザ光を
照射しながら、その照射方向を制御することができる。

【００３７】本発明による光学的走査装置２の一例とし
ては、内側フレーム５５Ａまたは揺動体５５Ｂの回動角
＋／−２５度、回動速度２．５ＫＨｚ、または回動角＋
／−４５度、回動速度１．５ＫＨｚのものが適してお
り、これらの範囲内であれば、外側または内側支持梁５
６Ａ，５６Ｂに対して応力による負担がかかり過ぎな
い。また、消費電流は２２０ｍＡ以下のものが適してお
り、一般の論理回路のドライバによって駆動し易い範囲
内である。更に、重量１００ｇ程度のものが適してお
り、鉄道車両や自動車、航空機等における信号装置、警
報装置、表示器等の車載装置に組み込んで、障害セン
サ、レンジセンサ、速度センサ等の用途に適当である。

【００３８】以上の他にも、揺動体５５Ｂの実際の回動
角Ａを検出し、この回動角Ａを正確に制御するため、各
駆動コイル５７Ａ，５７Ｂの変位検出機能を備えた光学
的走査装置２を用いてもよい。この場合には、レーザ光
の偏向角Ａを更に精密に走査信号と同期制御できるた
め、移動体に搭載して比較的に高速で移動し、その時の
振動によって回動角Ａが追従遅れを生じても、また、そ
れぞれの支持梁５６Ａ，５６Ｂによるバネ反力に製品毎
のバラツキが生じても、その影響を最小限に抑え、常に
偏向角Ａを一定の範囲内に調整するように制御できる。

【００３９】続いて、この変位検出機能の一構成例につ
いて述べる。下側ガラス基板５４の下面には、平面コイ
ル５７Ａまたは５７Ｂとそれぞれ電磁結合するよう配置
した２対の検出コイル６５Ａ，６５Ｂまたは６６Ａ，６
６Ｂをプリント配線する。このうち、一方の各検出コイ
ル６５Ａ，６５Ｂを、外側支持梁５６Ａに対して対称の
位置に配置し、他方の各検出コイル６６Ａ，６６Ｂを、
内側支持梁５６Ｂに対して対称の位置に配置する。

【００４０】各検出コイル６５Ａ，６５Ｂまたは６６
Ａ，６６Ｂは、内側フレーム駆動コイル５７Ａとの相互
コンダクタンスが、内側フレーム５５Ａまたは揺動体５
５Ｂの回動角Ａに従って変化するため、この変化量を検
出して回動角Ａを算出できる。すなわち、内側フレーム
または揺動体駆動コイル５７Ａ，５７Ｂの回動電流Ｓ
１，Ｓ２に重畳させて検出用電流を流し、この検出用電
流によって各検出コイル６５Ａ，６５Ｂまたは６６Ａ，
６６Ｂに誘導電流を発生させる。そして、この誘導電流
の変化によって相互コンダクタンスの変化を検出し、そ
の結果から各回動角Ａを算出することができる。

【００４１】図６は、図１または２に示す揺動体の回動
角を検出するための回路図である。図６に示すように、
この回動角の検出回路には、各検出コイル６５Ａ，６５
Ｂ（図６の場合）または６６Ａ，６６Ｂを四辺形の隣接
する２辺に配置し、他の２辺に２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２を
配置してブリッジ回路を構成する。そして、このブリッ
ジ回路の両入力端に交流電源Ｅを接続し、一方の検出コ
イル６５Ａ，６６Ａまたは６５Ｂ，６６Ｂ、および他方
の検出コイル６５Ｂ，６６Ｂまたは６５Ａ，６６Ａの中
点と、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点とを２つの出力端と
して、これら両出力端を差動アンプＡＭＰの２つの入力
端に接続した回路を構成する。

【００４２】この検出回路によれば、前述した各検出コ
イル６５Ａ，６５Ｂまたは６６Ａ，６６Ｂの相互コンダ
クタンスが平衡状態から相対的に変化すると、この相対
変化に従って前記両中点の電位差が不平衡な値に変化す
るため、差動アンプＡＭＰの出力も変化し、回動角Ａに
応じた正負の検出出力Ｓ３を得ることができる。

【００４３】従って、この検出出力Ｓ３を前記偏向制御
手段にフィードバックさせて、揺動体５５Ｂの回動方
向、揺動体５５Ｂの回動を妨げる負荷量、または、回動
角Ａそのものを識別し、その識別結果に従って回動電流
Ｓ１，Ｓ２を調整することにより、揺動体５５Ｂの回動
角Ａを精度よく制御できる。ブリッジ回路の平衡電圧か
ら回動角Ａに対する検出出力を得る回路を構成する。

【００４４】例えば、差動アンプＡＭＰの出力値の正負
に従って回動方向を判定し、外部からの振動によって揺
動体５５Ｂが逆方向に回動するのを防止したり、また、
出力値の大きさに従って負荷量を推定し、予期せぬ大き
な負荷に対しては揺動体５５Ｂを強く回動できる。更
に、検知した回動角Ａに従って、実際の光の照射方向等
を認識し、その認識結果に基づいて投光地点、表示位
置、走査座標等を決定して多様な画像処理に用いること
ができる。

【００４５】本実施形態では、内側フレーム５５Ａの回
動角Ａは、発光手段３によって照射される照射光の、例
えば、支軸Ｙを中心とする偏向角Ａyに対応させ得るも
のである。また、揺動体５５Ｂの回動角Ａxは、同様に
して支軸Ｘを中心とする偏向角Ａyに対応させて直交座
標系の所定座標に変換でき、照射光による照射対象上の
映像において、２次元の座標位置を特定して正確に照射
光を走査することが可能となる。

【００４６】次に、本発明による別の実施形態について
説明する。図７は、別の実施形態による光学的走査装置
の要部を説明する図で、図１に示す受光手段としてフォ
トダイオードを用いた一例を示す。図７に示すように、
この別の実施形態では、発光手段３の代りに、半導体か
らなる受光手段７を揺動体５５Ｂ上に設けた別の光学的
走査装置１１０を構成しており、この他は、先の実施形
態による光学的走査装置１００と同様である。

【００４７】前記受光手段７としては、フォトダイオー
ドやフォトトランジスタ等を揺動体５５Ｂに取り付け、
前述した発光手段３の場合と同様の配線および素子電極
端子を設けて用いる。この場合に、安価な量産品の用途
にはフォトダイオードを、少ない入射光量を高い感度で
受光する用途にはフォトトランジスタを用いる。

【００４８】揺動体５５Ｂ上の中央部には、このフォト
ダイオードの素子底面を収納する形状の凹部７２を削設
し、この凹部７２の底面に、フォトダイオードのアノー
ドまたはカソード配線用の一方のランド７３を設け、ス
ルーホール、裏面の配線５７Ｃ，５７Ｄを介して素子用
電極端子５９ｃにプリント配線する。前記凹部７２周囲
には、カソードまたはアノード配線用の他方のランド７
４を設け、スルーホール、裏面の配線５７Ｃ，５７Ｄを
介して別の素子用電極端子５９ｃにプリント配線する。

【００４９】そして、フォトダイオードを、その受光面
７１を、図面の上方に向けて前記凹部７２内に差し入
れ、揺動体５５Ｂの支軸に沿って中央部に配置し、内側
フレーム５５Ａおよび揺動体５５Ｂの支軸の交点におい
て両支軸と平行させ、導電性の接着剤を介して揺動体５
５上に固定する。更に、フォトダイオードの受光面７１
の一端部に、前記一方のランド７３から金線７６等をワ
イヤボンドし、素子周囲を合成樹脂等の透明な保護材７
５で密封する。

【００５０】このように構成した受光手段７付きの光学
的走査装置１１０を用い、２本の支軸を軸心として揺動
体５５Ｂおよび受光手段７を回動操作させ、特定の方向
からの入射光のみを受光し、その受光光量に基づいて入
射方向や角度を特定することができる。また、前述した
発光手段３を揺動体５５Ｂ上に併設し、照射光の反射状
態に基づいて照射対象の有無等を識別するための発光受
光兼用の光学的走査装置１００とすることもできる。

【００５１】なお、各永久磁石６０Ａ〜６３Ａ，６０Ｂ
〜６３Ｂおよび駆動コイル５７Ａ，５７Ｂの電磁気力に
よるものの他にも、例えば、下側または上側ガラス基板
５３，５４に静電電極をプリント配線し、この電極に電
圧を印加して揺動体５５Ｂを静電気の引力または斥力に
よって回動させてもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
揺動体および支持梁がフレームに一体成形されると共
に、発光手段または受光手段を揺動体に直に設けたた
め、それぞれの構成部材を極小化するのみならず、各構
成部材の組合せ構造も含めて総合的な小型化を図ると共
に、光の偏向範囲内に死角のない光学的走査装置を提供
することができる。また、本発明の請求項２記載の光学
的走査装置によれば、電磁気力によって、揺動体の揺動
による直線的な光の偏向走査を実現でき、本発明の請求
項３記載の光学的走査装置によれば、２次元の面的な光
の偏向走査を実現できる。本発明の請求項４記載の光学
的走査装置によれば、発光受光手段の組み付け構造を小
型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による光学的走査装置の構
成図

【図２】図１に示すシリコン半導体基板の平面図

【図３】図１に示す発光手段をレーザダイオードとした
一例の組立図

【図４】図２に示す矢視線Ｐ−Ｐ方向から見た断面図

【図５】図２に示す矢視線Ｑ−Ｑ方向から見た断面図

【図６】図１または２に示す揺動体の回動角を検出する
ための回路図

【図７】別の実施形態による光学的走査装置の要部を説
明する図

【符号の説明】

２…偏向走査装置、３…発光手段（受光手段）、４…偏
向駆動手段、５…シリコン半導体基板、７…受光手段、
５２…外側フレーム、５５Ａ…フレーム（内側フレー
ム）、５５Ｂ…揺動体、５６Ａ…外側支持梁、５６Ｂ…
支持梁（内側支持梁）、５７Ａ…内側フレーム駆動コイ
ル、５７Ｂ…揺動体駆動コイル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 枠状をなすフレーム(55A)と、弾性を有
   する棒状の支持梁(56B)と、この支持梁(56B)を介して外
   周部が前記フレーム(55A)の内周部に支持された揺動体
   (55B)と、この揺動体(55B)の別の外周部に電磁気、静電
   気または圧電効果による各力を波状的に作用させる偏向
   駆動手段(5)とを備え、前記フレーム(55A)と支持梁(56
   B)と揺動体(55B)とが一体形成された光学的走査装置で
   あって、 前記揺動体(55B)には、発光素子(3)、受光素子(3)、ま
   たは発光素子および受光素子(3)を備えたことを特徴と
   する光学的走査装置。
2. 【請求項２】 前記偏向駆動手段(5)は、揺動体(55B)の
   外周部にプリント配線された揺動体駆動コイル(57B)
   と、この揺動体駆動コイル(57B)の作用部に形成された
   永久磁界とからなるものであって、 前記フレーム(55A)の内周部からは、２本の前記支持梁
   (56B,56B)が内方に向けて突き出し、これらの支持梁(56
   B,56B)を介して揺動体(55B)の対向する２点が支持さ
   れ、前記揺動体駆動コイル(57B)が、その作用部を２本
   の前記支持梁(56B,56B)による揺動体(55B)の支軸と並行
   させるように配置され、前記永久磁界が、その磁束の向
   きを、揺動体駆動コイル(57B)の作用部および揺動体(55
   B)の前記支軸と直交させるように配置されたことを特徴
   とする請求項１記載の光学的走査装置。
3. 【請求項３】 前記フレーム(55A)は内側フレームであ
   って、この内側フレーム(55A)を囲んで枠状の別の外側
   フレーム(52)が外方に設けられ、２本の前記支持梁(56
   B,56B)は内側支持梁であって、これと同様の弾性を有す
   る２本の別の外側支持梁(56A,56A)が外側フレーム(52)
   の内周部から内方に向けて突き出し、前記内側フレーム
   (55A)の外周部に内側フレーム駆動コイル(57A)がプリン
   ト配線され、前記永久磁界は内側永久磁界であって、前
   記内側フレーム駆動コイル(57A)の作用部に外側永久磁
   界が形成されて、 これら２本の外側支持梁(56A,56A)を介して内側フレー
   ム(55A)の外周部の対向する２点が外側フレーム(52)の
   内周部に支持され、前記外側および内側フレーム(52,55
   A)と、外側および内側支持梁(56A,56A,56B,56B)と、揺
   動体(55B)とが一体形成されており、 前記外側支持梁(56A,56A)が、これら２本の外側支持梁
   (56A,56A)による内側フレーム(55A)の支軸を前記揺動体
   (55B)の支軸と直交させるように配置され、前記内側フ
   レーム駆動コイル(57B)が、その作用部を内側フレーム
   (55A)の支軸と並行させるように配置され、前記外側永
   久磁界が、その磁束の向きを、内側フレーム駆動コイル
   (57B)の作用部および内側フレーム(55A)の支軸と直交さ
   せるように配置されたことを特徴とする請求項２記載の
   光学的走査装置。
4. 【請求項４】 前記フレーム(55A)、外側フレーム(5
   2)、支持梁(56B)、外側支持梁(56A)、および揺動体(55
   B)が半導体基板であり、前記発光手段、受光手段が半導
   体素子であることを特徴とする請求項１〜３記載の光学
   的走査装置。